امروزه در جهان نيروگاه هاي هسته اي سهم بسزايي در توليد و تامين انرژي الكتريكي مورد نياز دارند. قلب راكتور، يكي از مهمترين قسمتهاي يك نيروگاه هسته اي به شمار مي آيد كه فرايند توليد انرژي وانتقال آن به خنك كننده راكتور جهت توليد انرژي الكتريكي در اين قسمت صورت مي گيرد. به منظور طراحي قلب راكتور، نيازمنديم رفتار نوتريك قلب را مورد بررسي قرار دهيم. تخمين مقدار پارامترهايي مانند ميران بحرانيت راكتور (ضريب تكثير موثر)، شار و توان مجتمع هاي سوخت، در فرايند طراحي قلب راكتور امر اجتناب ناپذير و بسيار با اهميت مي باشد. كدهاي محاسبات نوتريك قلب راكتور، بمنظور محاسبه توزيع نوترون در قلب و پيش بيني مقدار ضريب تكثير موثر، از حل معادله ترابرد نوترون و در تقريب ساده تر، معادله پخش نوترون بهره مي گيرند. بمنظور حل معادله پخش نوترون در هندسه مورد نظر قلب راكتور، از روشهايي مانند اختلاف محدود، المان محدود و نودال مي توان استفاده كرد. يكي از روشهاي حل نودال، روش بسط شار مي باشد كه شامل جريان هاي متوسط، شار متوسط، شار نقطه اي و جريان نقطه اي است. در روش هاي نودال بسط شار، با در نظر گرفتن توزيع شار در هر نود بصورت مجموع عبارتهاي چند جمله اي درجه دو و بالاتر، معادله پخش نوترون حل مي گردد. ضرايب مجهول بسط شار انتخابي، از طريق تعريف شار متوسط /نقطه اي هر نود و شار يا جريان هاي متوسط/ نقطه اي سطوح آن حاصل گرديده، و با اعمال شرايط پيوستگي شار و جريان در سطوح مشترك نودها بصورت متوسط / نقطه اي، معادلات جفت شده حل مي گردند. در اين طرح، پكيج محاسباتي نوتريك قلب راكتور در هندسه سه بعدي و در حالت چندگروهي و مستقل از زمان با استفاده از روش نودال بسط شار، بمنظور مقايسه روشهاي مذكور و استفاده آنها در آناليز نوتريك قلب راكتورهاي هسته اي تهيه و مورد استفاده قرار گرفته است. در محاسبات استاتيكي و خصوصا ديناميكي قلب راكتور و همچنين محاسبات بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت در قلب، زمان محاسبات بسيار با اهميت مي باشد. در روشهاي نودال، امكان محاسبات با مشهاي بزرگ حتي در حد ابعاد يك مجتمع سوخت با حفظ دقت كافي، امكان پذير مي باشد كه اين خود باعث كاهش تعداد مجهولات و متعاقبا اجراي كد مي گردد. اين امر باعث مفيد و پرصرفه بودن استفاده از اين روش در طراحي نوترونيك قلب راكتورهاي هسته اي در حال طراحي بومي مي گردد كه مي تواند به صورت كارا و موثر در صنعت هسته اي بومي كشور مورد استفاده قرار گيرد. در بعد تحقيقاتي نيز، استفاده از روش هاي مختلف در اين پكيج، از نظر مقايسه نتايج وميزان سرعت همگرايي روش ها مي تواند مفيد واقع گردد و با توجه به محدوديتهاي موجود در دسترسي به كدهاي محاسباتي خارجي، از اين طريق نيز نيازمنديهاي داخلي در اين زمينه مرتفع مي گردد.

قلب راكتور يكي از مهمترين قسمتهاي نيروگاه هسته اي به شمار مي آيد. زيرا انرژي گرمايي مورد نياز جهت توليد انرژي الكتريكي در اين قسمت مهيا مي گردد در حقيقت اين انرژي از برخورد نوترون با هسته هاي سوخت شكاف پذير و متعاقبا عمل شكافت اين هسته ها توليد مي گردد. پس نحوه چيدمان اين مجتمع هاي سوخت در يك قلب راكتور هسته اي امري با اهميت و در عين حال پيچيده است. هدف از مديريت سوخت در يك راكتور هسته اي تعيين الگويي براي چينش مجتمع هاي سوخت هسته اي است به نحوي كه بتوان بيشترين توان را بدون تخطي از محدوديت هاي ايمني توليد كرد. يكي از مهمترين معيارهاي بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت در راكتور يكنواخت كردن توزيع شار و به دنبال آن توان توليدي از مجتمع هاي سوخت مي باشد. بدين منظور تابعي را بر حسب مقادير توان مجتمع هاي سوخت تعريف مي كنند كه هر چه مقدار اين تابع كوچكتر باشد هدف طراح از يكنواخت كردن توان توليدي سوختها بيشتر تامين گرديده است. پس يكي از اهداف اصلي مديريت سوخت مي توان حداقل كردن مقدار اين تابع باشد يعني چيدمان بهينه سوخت در راكتور چيدماني است كه با استفاده از مقادير توان حاصله مقدار تابع مورد نظر حداقل گردد. در علم مهندسي از روشهاي متعددي جهت محاسبات بهينه سازي مقادير توابع استفاده شده است ار روشهاي جديد مي توان مجموعه روش هاي بهينه سازي مقادير توابع استفاده شده است. از روشهاي جديد مي توان مجموعه روش هاي بهينه سازي جستجوي هارموني Harmony search را نام برد كه خود شامل روشهايي مانند: classical Harmony search و Global-best Harmony Search و Differential Harmony Search مي باشد. تاكنون اين روش ها در صنعت هسته اي و بطور خاص در محاسبات بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت مورد استفاده قرار نگرفته است. در اين طرح ما موفق به استفاده و بكارگيري اين روشها در مديريت سوخت راكتورهاي هسته اي گرديده و بدين منظور يك پكيج محاسباتي جهت دستيابي به چيدمان بهينه مجتمع هاي سوخت در قلب راكتور تهيه و نتايج آن نيز ارائه گرديده است. اين پكيج داراي دو كد محاسباتي است يعني كد محاسباتي بهينه سازي تابع مورد نظر Fitness Function با استفاده از مجموعه روش هاي بهينه سازي جستجوي هارموني Harmony search و همچنين كد محاسباتي نوترونيك قلب راكتور با استفاده از روش نودال بسط شار جريان متوسط مرتبه دوم كاربرد اين پكيج محاسباتي در طراحي و بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت در قلب راكتورهاي بومي هسته اي در حال طراحي مي باشد. سرعت همگرايي روش بهينه سازي جستجوي هارموني و محاسبات قلب با استفاده از روش نودال بسط شار (توضيح در بخش توصيف نامه) باعث بالا رفتن ميزان صرفه زماني با حفظ دقت كافي و كارايي موثر آن در صنعت هسته اي بومي كشور مي گردد.

سازه‌هاي فلزي در مناطق لرزه‌خيز جهت تأمين معيارهاي سختي، مقاومت و شكل‌پذيري در برابر نيروهاي زلزله طراحي مي‌شوند. سختي سازه جهت محدود ساختن خسارت در اعضاي غيرسازه‌اي و هم‌چنين كاهش اثرات مرتبه دوم بايد تا اندازه مناسبي بزرگ باشد. مقاومت كافي اعضاي سازه جهت انتقال ايمن نيروها و ممان‌هاي ايجاد شده در سازه ضروري است. شكل پذيري مناسب سازه نيز منجر به استهلاك انرژي ورودي زلزله و در نتيجه كاهش نيروهاي زلزله مي‌گردد. جذب انرژي در اين نوع سازه‌ها از طريق ايجاد تغيير‌شكل‌هاي غيرالاستيك در محل‌هاي خاصي كه مفاصل پلاستيك ناميده مي‌شوند صورت مي‌گيرد. از طرفي ترميم چنين خسارت‌هايي بعد از زلزله بسيار پر هزينه، زمان‌بر و در مواردي غير ممكن است. با توجه به اهميت سرعت ترميم سازه‌ها و مقاوم‌سازي آن‌ها جهت مقابله با زلزله‌هاي آتي، ايده استفاده از سيستم‌هاي كنترل خسارت در سازه‌ها مطرح شده است. سيستم‌هاي كنترل غيرفعال جزء متداول‌ترين و ارزان‌ترين سيستم‌هاي كنترل خسارت هستند. در اين سيستم‌ها جذب انرژي ورودي زلزله در وسايل مخصوصي كه رفتار هيسترزيس پايدار و مناسبي دارند متمركز ميگردد. در اين طرح ميراگر ويسكوپلاستيك جديدي توسعه داده شده است كه از خواص مصالح ويسكوالاستيك و تسليم مصالح فلزي جهت استهلاك انرژي بهره مي‌برد. ميراگر پيشنهادي ، داراي سرعت نصب و ترميم بسيار بالايي بعد از تجربه يك زلزله قوي توسط سازه مي‌باشد. با به‌كارگيري اين ميراگر در اتصالات خمشي تير به ستون تا حد بسيار زيادي مي‌توان از توسعه تغييرشكل‌هاي غيرالاستيك در اعضاي اصلي سازه مثل تير و ستون جلوگيري نمود. اين در حالي است كه سختي، مقاومت و ظرفيت استهلاك انرژي در سيستم پيشنهاد شده نسبت به اتصالات خمشي متداول در حد قابل قبولي باقي مي‌ماند. هدف اين طرح توسعه نوع جديدي از ميراگر‌هاي غيرفعال لرزه‌اي بوده است كه به طور خاص جهت استفاده در اتصالات تير به ستون فولادي و به منظور كنترل خسارت زلزله در اعضاي اصلي سازه طراحي شده است. جزئيات معرفي شده براي ميراگر بر اساس ايجاد روندي سريع براي ترميم سازه بعد از زلزله استوار بوده است. ميراگر پيشنهادي شامل لايه ي از مصالح ويسكوالاستيك و تعدادي المان هاي فولادي از جنس فولاد شكل پذير مي باشد. با استفاده از جزئيات خاصي كه براي اتصالات اين المان هاي فولادي ارائه شده است نصب و ترميم ميراگر بسيار سريع مي باشد. جانمايي ميراگر پيشنهادي در بال تحتاني اتصالات تير به ستون امكان دسترسي سريع و آسان را بعد از زلزله جهت تعويض هسته هاي فولادي، فراهم مي آورد. زماني كه سازه تحت بارهاي زلزله قرار مي گيرد ميراگر نقش فيوز را در سازه ايفا كرده و قبل از اين كه تنش ها در اعضاي اصلي سازه از حد معيني تجاوز نمايند، با ورود ميراگر به ناحيه غير الاستيك، جذب انرژي تحت بارهاي چرخه اي توسط ميراگر صورت پذيرفته و از سرايت آسيب به اعضاي اصلي سازه جلوگيري به عمل خواهد آمد. طراحي سيستم هاي سازه اي مجهز به ميراگر پيشنهادي با استفاده از علم مكانيك جامدات بسيار سهل و عملي بوده و به راحتي مي توان براي سازه هاي مختلف ابعاد مناسب المان هاي ميراگر را محاسبه نمود.

‏مستهلك كردن انرژي حاصل از جريان سرريز يكي از مهمترين موضوعات مطرح شده در سازه هاي هيدروليكي مي باشد. در دهه هاي اخير سرريز هاي پلكاني نقش مهمي در اين مورد داشته اند. پله ها در اين نوع سرريزها باعث استهلاك انرژي جريان ميشوند.به طور كلي ميتوان گفت هرچه بتوان انرژي آب را در ورود به پايين دست كاهش داد از لحاظ صدمات وارده به پايين دست ، كمترين فرسايش و تخريب را خواهيم داشت. اما سريز هاي پلكاني، به علت محدوديت در ابعاد و تعداد پله ها، در هر اجرا فقط مي تواند به مقدار محدودي انرژي آب را مستهلك كند. همچنين در بعضي از رژيم هاي جريان، بر اثر ارتعاش هاي به وجود آمده در آب به علت اغتشاش ، سازه سد و سرريز دچار نوسانات كنترل نشده و مضر براي سازه مي شوند. بنابراين بايد تمهيداتي براي اين معدوديت ها انديشيد. اهداف اين طرح بر اين مسئله استوار است كه1- انرژي آب را تا آن جا كه ميتوان كاهش داد ٢ ‏- نوسانات ناخواسته سازه ، حاصل از جريان آب ،تا ‏جاي ممكن كنترل و مستهلك شود. ‏بدين منظور در اين طرح، اين گونه فرض شده است كه هر يك از پله ها بصورت مجزا ويا بصورت يكپارچه با بقيه پله ها قابليت حركت را داشته باشند. در زير هر يك از اين پله ها، يك سري ميرا گر قرار داده ميشود. جريان آب ‏كه بر روي اين پله ها ريخته ميشود ، به دليل ايجاد اغتشاش، داراي ارتعاشاتي مي باشد كه باعث لرزش سازه و افزايش انرژي آب مي گردد. پله ها در اثر ريزش آب ‏در راستاي قائم حركت ميكنند. وظيفه دمپرها گرفتن اين ارتعاشات و نوسانات به وسيله كنترل حركت پله ها ميباشد. با اين عمل ارتعاش آب ريخته شده بر روي پله كاسته شده وآب ‏با انرژي كمتري بر روي پله بعدي ويا حوضچه آرامش پايين دست ريخته مي شود.

سازه ي هيدروليكي است كه براي انتقال آب از يك ارتفاع بالاتر به ارتفاع پايين تر در كانال ها شبكه هاي آبياري و زهكشي و شبكه هاي جمع آوري آب هاي سطحي به كار مي رود. از شيب شكن قايم علاوه بر اتلاف انرژي براي اكسيژه دهي به جريان هايي كه اكسيژن محلول در آنها كم است استفاده مي گردد نوع جريان بر روي شيب شكن قايم به صورت تيغه و يا جت ريزشي است و حفره ي هوا و گرداب در لبه ي زيرين جت ريزشي تشكيل مي گردد. اگر حفره ي هوا تهويه نگردد فشار درون حفره كمتر از فشار اتمسفر مي شود. معمولا جت ريزشي داراي نوسان است كه اين پديده گاهي اوقات باعث اعمال بار ديناميكي آب بر كف و ايجاد لرزش در سازه شده و سبب تخريب آن و فرسايش كف حوضچه بعد از شيب شكن مي گردد. اين ناپايداري هاي لرزان يا مرتعش كه تحت عنوان ناپايداري هاي كيلوين - هلمهولنز نيز خوانده مي شوند صفحات آب و هوا را در زير جت ريزشي به حركت در مي آورند و اين حركات ضرباتي به سازه وارد مي كنند. اين ضربات به اندازه اي قوي هستند كه صداي آنها را چندين كيلومتر دورتر مي توان شنيد. هر چه بتوان انرژي و ارتعاش آب را در پايين دست شيب شكن كاهش داد صدمات وارده به پايين دست كاهش مي يابد. براي جلوگيري از ناپايداري هاي جت ريزشي روش هايي مانند هوادهي مصنوعي ، ناهموار نمودن تاج (مثلا افزودن سنگ به تاج سرريز يا شيب شكن) ايجاد تنگ شدگي در مدخل ريزشي سازه و ايجاد گشادشدگي در محل سازه وجود دارد. در دهه هاي اخير به منظور كاهش ارتعاشات سازه ها در اثر نيروهاي ديناميكي سيستم هاي كنترلي زيادي مطالعه شده است. اين سيستم ها از نظر كلي به سه گروه عمده شامل سيستم هاي كنترل غير فعال ، كنترل فعال، و كنترل نيمه فعال تقسيم مي شوند.